变换地震学：用于操控表面弹性瑞利波的复合土壤透镜
材料科学
2017-05-26 v1 地球物理
光学
摘要
超材料是人工结构介质，可以聚焦（透镜）或重路由（隐身）波，通常这针对毫米至纳米尺度的电磁波，或厘米尺度的声学或薄弹性板。扩展Kadic等人2013的思想，我们表明基础思想跨波系统和尺度是通用的，通过将这些概念推广到与土木工程相关的数百米量级频率和长度的地震波。应用变换光学的思想，我们可以操控和引导弹性动力学矢量纳维方程的瑞利表面波解；这是出乎意料的，因为该矢量系统不像麦克斯韦电磁方程那样在变换下形式不变。作为我们正在创建的共形地球物理的范式，我们设计了一个伦伯透镜(Luneburg lenses)的方形排列，以在建筑物周围重路由并重新聚焦瑞利波，双重目标是保护建筑物并最小化对出透镜后波前的影响（隐身）。为表明这实际可实现，我们特意选择易获得的材料参数，且该金属透镜由结构化复合土壤组成，带有埋入的较软材料支柱。包含物的规则晶格被均匀化以给出具有径向变化速度剖面的有效材料，可直接解释为透镜折射率。我们发展理论，然后使用全3D时域数值模拟确凿地证明变换地震学思想的有效性：我们在地震学相关频率3-10 Hz和低速沉积土壤(: 300-500 m/s)下，证明结构振动在其共振频率处降低达6 dB。
引用
@article{arxiv.1512.06450,
title = {Transformation seismology: composite soil lenses for steering surface elastic Rayleigh waves},
author = {A. Colombi and S. Guenneau and P. Roux and C. Richard},
journal= {arXiv preprint arXiv:1512.06450},
year = {2017}
}